1 Gsensor 驱动概述

  本文以Bma250驱动为例子，详细介绍Gsensor设计的一个模板。

 gsensor驱动在系统中的层次如下图所示：

图中包含三个部分：hardware, driver, input：

1, Hardware：其实我们可以认为Gsensor也是一个I2C设备。整个Gsensor芯片分为两部分，一个是sensor传感器，另一个是controller控制器，用于将sensor挂载在linux系统的I2C上。驱动程序则通过I2C与Gsensor做通信。

2,Gsensor Driver：是驻留于操作系统中，为gsensor hardware服务的一个内核模块；它将gsensor hardware采集到的原始数据，进行降噪，滤波，获得当前平板的空间状态，并按照操作系统的要求，将这些信息通过input core上报给操作系统。

3,Input core: 是linux为简化设备驱动程序开发，而开发的一个内核子系统；发给input core的数据将提供给操作系统使用。

实际使用时，驱动按照一定的时间间隔，通过数据总线，获取gsensor hardware采集到的数据，并按照操作系统的要求，将这些信息通过input core上报给操作系统。

2 Gsensor驱动设计要求

由gsensor驱动在系统中的层次，上有Input core，下有I2C，驱动需要通过I2C采集信息，并准确及时的上报数据至input core。驱动上报的数据，是被input core管理并被上层使用的，应符合input core和上层应用框架的要求；

2.1符合Input输入子系统的设计规范

1, 接口：Gsensor驱动，在设计上，不应自行决定是否上报，上报频率等，应提供接口，供上层应用控制驱动的运行和数据上报：包括使能控制Enable， 上报时延delay等；通常通过sysfs文件系统提供，这部分实现，遵循标准的linux规范；

2,上报数据的方式：或者提供接口供上层访问（eg: ioctl），或者挂接在系统子系统上，使用系统子系统的接口，供上层使用(eg: input core)；

3,读取数据的支持：应满足读取数据的要求，进行相应的配置；本文以i2c总线为例，简要说明在A1x平台上，配置总线传输相关信息；

2.2 I2c总线的配置

要使用i2c总线进行数据传输，需注册i2c driver,创建i2c-client，以便使用i2c-adapter进行数据传输；

要成功注册i2c driver有两种方式：

1,使用i2c_register_board_info：此方式，需要在系统启动时，进行相关信息的注册，不利于模块化开发，现已不推荐；目前,在２.６内核上，还支持此方式，在３．０上已不再支持；

2,  使用detect方式：在模块加载时，进行检测，在条件成立时，注册i2c设备相关信息，创建i2c-client，并注册i2c driver，执行probe操作;

需要说明的是，此两种方式可共存，目前２.6就是这样的；在共存时，以i2c_register_board_info信息为更高优先级，在i2c_register_board_info已经占用设备的前提下，内核发现设备被占用，不会执行detect, 因而不会有冲突。

3 gsensor模块硬件说明

1,  gsensor硬件，负责获取gsensor传感器所处的空间状态信息，存放于fifo中，供主控使用，不同的硬件平台，数据准备好后，告知主控的方式及主控获取数据的方式略有不同。

2,   告知主控的方式：gsensor作为传感器，本身无法区分哪些数据是应该上报的，哪些数据是无效的，它只能接受主控的控制，以主控主动查询为主；

3,  主控获取数据的方式：通过ahb, i2c, spi,usb等方式获取都是可能的。以下以一种典型的硬件连接为例，描述gsensor 传感器，gsensor ic, 主控之间的连接关系；

3.1 gsensor硬件连接

Gsensor在硬件上，只有i2c连接，这些连接信息，需要事先告知驱动，从而从指定的设备上读取数据；这些连接信息，通过sysconfig1描述，在驱动中使用；

4 驱动设计

4.1 支持模组列表

在A1x平台上支持Gsensor列表如下：

4.2 Gsensor配置

在A1x的方案中，Gsensor的配置在sys_config1.fex文件中：

 [gsensor_para]

gsensor_used             = 1          //是否使用gsensor

gsensor_name             = "bma250"  //名称

gsensor_twi_id           = 1           //使用哪组I2C

gsensor_twi_addr         = 0x18        // I2C设备地址（7位地址）

4.3 关键数据结构

4.3.1 i2c_driver

static struct i2c_driver bma250_driver = {

              .class = I2C_CLASS_HWMON,

              .driver = {

                             .owner    = THIS_MODULE,

                             .name      = SENSOR_NAME,

              },

              .id_table   = bma250_id,

              .probe                    = bma250_probe,

              .remove                 = bma250_remove,

              .address_list           = u_i2c_addr.normal_i2c,

};

在驱动程序中，静态初始化i2c_driver结构体给bma250_driver变量，该变量完成gsensor驱动的主要工作，匹配设备名，设备的侦测等，文件操作结构体如上所示。

4.3.2 bma250_data

struct bma250_data {

              struct i2c_client *bma250_client;

              atomic_t delay;

              atomic_t enable;

              unsigned char mode;

              struct input_dev *input;

              struct bma250acc value;

              struct mutex value_mutex;

              struct mutex enable_mutex;

              struct mutex mode_mutex;

              struct delayed_work work;

              struct work_struct irq_work;

#ifdef CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND

              struct early_suspend early_suspend;

#endif

};

代表了gsensor驱动所需要的信息的集合，用于帮助实现对采样信息的处理。

4.3.3 delayed_work

struct delayed_work {

              struct work_struct work;

              struct timer_list timer;

};

Delayed_work一般用来触发定时的操作，在定时时间到后，完成指定操作，通过不断的触发定时操作，实现按照一定频率的执行指定操作；

4.3.4 bma250acc

struct bma250acc{

              s16         x,

                             y,

                             z;

} ;

用于记录采样时获得的信息。

5 驱动流程解析

5.1模块加载

static struct i2c_driver bma250_driver = {

              .class = I2C_CLASS_HWMON,

              .driver = {

                             .owner    = THIS_MODULE,

                             .name      = SENSOR_NAME,

              },

              .id_table   = bma250_id,

              .probe                    = bma250_probe,         //注册完成时调用

              .remove                 = bma250_remove,

              .address_list           = u_i2c_addr.normal_i2c,   //IIC地址

};

static int __init BMA250_init(void)

{            

              if(gsensor_fetch_sysconfig_para()){       //解析sys_config1.fex文件

                             printk("%s: err.\n", __func__);

                             return -1;

              }

              bma250_driver.detect = gsensor_detect;

              ret = i2c_add_driver(&bma250_driver);   //开始向IIC注册

}

static void __exit BMA250_exit(void)

{

              i2c_del_driver(&bma250_driver);

}

module_init(BMA250_init);

module_exit(BMA250_exit);

  内核加载驱动模块的时候将调用到BMA250_init()方法

n         初始化了i2c_driver结构体给bma250_driver变量，将用于将设备注册到IIC。关键在于结构体中的probe()方法，注册完成的时候将调用

n         调用gsensor_fetch_sysconfig_para()解析sys_config1.fex文件，读取到IIC的地址，并赋值给u_i2c_addr.normal_i2c。

n         调用i2c_add_driver开始向IIC注册driver，完成注册后将调用bm250_probe()方法

5.2 bma250初始化工作-probe

static int bma250_probe(struct i2c_client *client,

                             const struct i2c_device_id *id)

{

              int err = 0;

              int tempvalue;

              struct bma250_data *data;

    ……

              data = kzalloc(sizeof(struct bma250_data), GFP_KERNEL); //为bma250_data结构体申请内存

              tempvalue = 0;

              tempvalue = i2c_smbus_read_word_data(client, BMA250_CHIP_ID_REG);

              if ((tempvalue&0x00FF) == BMA250_CHIP_ID) {

                             printk(KERN_INFO "Bosch Sensortec Device detected!\n" \

                                                         "BMA250 registered I2C driver!\n");

              } else if ((tempvalue&0x00FF) == BMA150_CHIP_ID) {

                             printk(KERN_INFO "Bosch Sensortec Device detected!\n" \

                                                         "BMA150 registered I2C driver!\n");

              }

    ……

              i2c_set_clientdata(client, data); //将设备驱动的私有数据连接到设备client中

              data->bma250_client = client;

              mutex_init(&data->value_mutex);

              mutex_init(&data->mode_mutex);

              mutex_init(&data->enable_mutex);

              bma250_set_bandwidth(client, BMA250_BW_SET);

              bma250_set_range(client, BMA250_RANGE_SET);

              INIT_DELAYED_WORK(&data->work, bma250_work_func);//创建工作队列

              bma_dbg("bma: INIT_DELAYED_WORK\n");

              atomic_set(&data->delay, BMA250_MAX_DELAY);

              atomic_set(&data->enable, 0);

              err = bma250_input_init(data);  //向Input子系统注册

    …...

              err = sysfs_create_group(&data->input->dev.kobj, //创建sysfs接口

                                                                                       &bma250_attribute_group);

}

在bma250_probe函数中，主要完成了以下几件事：

•        为驱动私有数据结构体bma250_data分配内存空间
•        读取IIC chip id
•        将设备驱动的私有数据(bma250_data)连接到设备client(i2c_client)中
•        创建工作队列
•       将bma250驱动注册到linux input子系统
•      创建sysfs接口

下面对以上这些工作做详细解释，分配数据内存空间就不讲了

5.2.1 读取IICchip id

在4.1的列表中，我们可以看到bma250的chip ID寄存器为0x00，chip ID的值为3。而上面代码有两个宏的定义：

#define BMA250_CHIP_ID_REG  0x00

#define BMA250_CHIP_ID       3

调用IIC接口i2c_smbus_read_word_data()读取IIC上bma250的chip id，返回的值tempvalue=3的时候，说明是正确的！

5.2.2 初始化工作队列

先提一个问题，为什么要创建工作队列？在前面的介绍中我们知道，sensor传感器获取数据后，将数据传给controller的寄存器中，供主控去查询读取数据。所以这里创建的工作队列，就是在一个工作者线程，通过IIC不断的去查询读取controller上的数据。

工作队列的作用就是把工作推后,交由一个内核线程去执行,更直接的说就是如果写了一个函数,而现在不想马上执行它,想在将来某个时刻去执行它,那用工作队列准没错.大概会想到中断也是这样,提供一个中断服务函数,在发生中断的时候去执行,没错,和中断相比,工作队列最大的好处就是可以调度可以睡眠,灵活性更好。

上面代码中我们看到INIT_DELAYED_WORK(&data->work, bma250_work_func)，其实是一个宏的定义，在include/linux/workqueue.h中。bma250_work_func()就是我们定义的功能函数，用于查询读取Sensor数据的，并上报Input子系统，代码如下：

static void bma250_work_func(struct work_struct *work)

{

              struct bma250_data *bma250 = container_of((struct delayed_work *)work,

                                           struct bma250_data, work);

              static struct bma250acc acc;

              unsigned long delay = msecs_to_jiffies(atomic_read(&bma250->delay)); //延时时间

              bma250_read_accel_xyz(bma250->bma250_client, &acc); //读取Sensor数据

              input_report_abs(bma250->input, ABS_X, acc.x);

              input_report_abs(bma250->input, ABS_Y, acc.y);

              input_report_abs(bma250->input, ABS_Z, acc.z);

              bma_dbg("acc.x %d, acc.y %d, acc.z %d\n", acc.x, acc.y, acc.z);

              input_sync(bma250->input);

              mutex_lock(&bma250->value_mutex);

              bma250->value = acc;

              mutex_unlock(&bma250->value_mutex);

              schedule_delayed_work(&bma250->work, delay); //设定delay时间后再次执行这个函数

}

我们调用INIT_DELAYED_WORK()宏初始化了工作队列之后，那么什么时候将执行我们定义的功能函数bma250_work_func()呢？那么只需要调用schedule_delayed_work()即可在delay时间后执行功能函数。

在驱动设计中，我们在Sensor使能函数中调用schedule_delayed_work()开始启动工作队列，调用cancel_delayed_work_sync()停止工作队列。而我们在上面的功能函数bma250_work_func()中也调用了schedule_delayed_work(),这样功能函数将被重复调用，也就可以按照一个设定的频率查询读取Sensor数据了。然后通过input系统提供的接口函数input_report_abs()，向input系统报告新的数据。

5.2.3向input系统注册

Gsensor作为一个输入设备，按照linux设计标准，需要将Gsensor驱动注册到Input子系统中，注册代码如下：

static int bma250_input_init(struct bma250_data *bma250)

{

              struct input_dev *dev;

              int err;

       dev = input_allocate_device();

              if (!dev)

                             return -ENOMEM;

              dev->name = SENSOR_NAME;

              dev->id.bustype = BUS_I2C;

              input_set_capability(dev, EV_ABS, ABS_MISC);

              input_set_abs_params(dev, ABS_X, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0);

              input_set_abs_params(dev, ABS_Y, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0);

              input_set_abs_params(dev, ABS_Z, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0);

              input_set_drvdata(dev, bma250);

       err = input_register_device(dev);

              bma250->input = dev;

}

就是由上面的代码，完成了Gsensor驱动向Input子系统注册，又三个步骤：

• n         申请一个新的input设备，即为一个input_dev申请内存空间
• n         设置input设备支持的数据类型
• n         向input系统注册
•  

5.2.4 创建sysfs 接口

为什么要创建sysfs接口？在驱动层创建了sysfs接口，HAL层通过这些sysfs接口，对Sensor进行操作，如使能、设置delay等。

5.2.4.1 sysfs接口函数的建立DEVICE_ATTR  

说道sysfs接口，就不得不提到函数宏 DEVICE_ATTR，原型在<include/linux/device.h> ：

#define DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store) \

struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store)

函数宏DEVICE_ATTR内封装的是__ATTR(_name,_mode,_show,_stroe)方法：

• n         _show：表示的是读方法，
• n         _stroe表示的是写方法。

当然_ATTR不是独生子女，他还有一系列的姊妹__ATTR_RO宏只有读方法，__ANULL>